IMPACTO Y MASIFICACION DEL USO DE LAS REDES GPON EN

IMPACTO Y MASIFICACIÓN DEL USO DE LAS REDES
GPON EN COLOMBIA FRENTE A OTRAS TECNOLOGIAS
Viviana S. Gutierrez
Ingeniera Electrónica, estudiante
de
la
Especialización
en
Teleinformática en la Universidad
Distrital “Francisco José de
Caldas”.
stefany_sol@hotmail.com
Cesar A. Hernández
Ingeniero Electrónico, MSc. en
Ciencias de la Información y las
Comunicaciones, Especialista en
Interconexión de redes y servicios
telemáticos, docente de planta de
la Facultad de Tecnología de la
Universidad Distrital Francisco
José de Caldas.
cahernandezs@udistrital.edu.co
Tipo: Artículo de reflexión
Fecha de recepción: Abril 14 de 2011
Fecha de Aceptación: Mayo 10 de 2011
Abstract
This article mentions the advantages of carrying out data
transmissions by fiber optics through GPON. Because fiber optics is a latest generation technology, it has allowed
services such as high definition television, streaming and
multimedia applications, to get to the users without interference, nor marked delays. This article is also aimed at raising awareness of the characteristics of GPON technologies,
which are being implemented in Colombia with the purpose
of providing access to converging services.
Redes de Ingeniería
Diana M. Espinosa
Ingeniera de Sistemas, estudiante
de
la
Especialización
en
Teleinformática en la Universidad
Distrital “Francisco José de
Caldas”.
dianam.espinosa@gmail.com
THE WIDESPREAD USE AND IMPACT OF GPON NETWORKS
IN COLOMBIA COMPARED TO OTHER TECHNOLOGIES
Keywords: GPON, WAN, FTTH, FTTX, BPON, EPON, OLT, ONT
Resumen
En este artículo hace mención a las ventajas que posee el realizar transmisión de datos por medio de fibra óptica a través
de GPON. Esta por ser una tecnología de última generación,
ha permitido que servicios como televisión en alta definición,
streaming y aplicaciones multimediales lleguen a los usuarios
sin interferencias, ni retrasos marcados; también se pretenden dar a conocer las características de las tecnologías GPON
que se están implementando en Colombia con el fin de poder
brindar acceso a servicios convergentes.
Palabras clave: GPON, WAN, FTTH, FTTX, BPON, EPON, OLT, ONT
1. INTRODUCCIÓN
Debido a la necesidad constante de implementar nuevas redes que faciliten la transmisión de datos y una mejor utilidad de
ancho de banda, los diferentes proveedores
de redes y servicios de telecomunicaciones
están definiendo nuevas redes convergentes de banda ancha basadas en la utiliza-
ción IP en el Core en la última milla, esto
permite ofrecer más servicios sobre la misma infraestructura a unos precios competitivos, reduciendo la inversión necesaria en
equipamiento de red.
2. MARCO TEÓRICO DE LA RED GPON
La creciente demanda de servicios sobre el
Vol. 2 │ No. 1 │ Pag. 86-99 │ Enero - Junio 2011
86
Redes de Ingeniería
protocolo IP ha permitido que los métodos
de acceso hasta el usuario final requieran
un mayor ancho de banda, para poder soportarlos, los métodos actuales como xDSL
pueden satisfacer estas necesidades pero
su principal restricción es que no pueden
cubrir grandes distancias desde el concentrador del operador hasta el usuario final
utilizando los actuales tendidos de red de
cobre. Con la demanda los operadores de
acceso a Internet ISP están procurando extender sus tendidos de fibra lo más “cercano posible al hogar”, con las redes ópticas
pasivas GPON resulta una solución a tener
en cuenta cuando las tasas de transmisión
y el costo se convierten en un criterio de
decisión para este mercado [1].
2.1
Antecedentes de las Redes GPON
El concepto de GPON inicia con FTTx conocido como (Fibre to the x), donde x puede
denotar distintos destinos. Los más importantes son: FTTH (casa), FTTB (edificio), y
FTTN (nodo). La elección de una arquitectura u otra dependerá fundamentalmente
del costo unitario por usuario final y del
tipo de servicios que quiera ofrecer el operador [1].
La arquitectura FTTH está basada en divisores ópticos pasivos que se definen
como un sistema que no tiene elementos
electrónicos activos en el bucle y cuyo elemento principal se denomina splitter que
dependiendo de la dirección de luz, divide
el haz entrante y lo distribuye hacia múltiples fibras o lo combina dentro de una
misma. La filosofía de esta arquitectura se
basa en compartir los costos del segmento óptico entre los diferentes terminales,
de forma que se pueda reducir el número
fibra óptica. Así, por ejemplo, mediante un
splitter óptico, una señal de vídeo se puede transmitir desde una fuente a múltiples
usuarios. Por el diseño de sus topología en
estrella (Fig. 1) algunas fibras están dedicadas a un mismo usuario, proporcionando
el mayor ancho de banda pero requiriendo
cables con mayor número de fibras ópticas
87
en la central de comunicaciones y un mayor
número de emisores láser en los equipos de
telecomunicaciones [2]. La implantación de
esta tecnología está tomando fuerza, especialmente en países como Estados Unidos y
Japón, donde muchos operadores reducen
la promoción de servicios ADSL en beneficio de la fibra con el objetivo de proponer
servicios muy atractivos de banda ancha
para el usuario (vídeos, aplicaciones multimediales en tiempo real, televisión de alta
definición, etc) [2].
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
Fig. 1. Topología en estrella [25].
Desarrollando estas nuevas tecnologías los
avances en el tratamiento digital de las señales han permitido que el ancho de banda
se incremente en menos de una década,
llegando hasta los 3Gbps o más y los servicios soportados lleguen cada vez más hasta
los usuarios residenciales. Según el medio
con el que se accede al core de ISP se pueden encontrar cuatro grupos principales:
acceso por Par de cobre, en donde se destacan todas las tecnologías xDSL, acceso
inalámbrico, tales como satélite, Wireless,
celular, PCS, acceso por coaxial, fibra como
HFC, SDV y finalmente el método de acceso
PON [3].
En la Fig. 2 se presenta el avance en cuanto
al ancho de banda desde sus inicios; se observa que para satisfacer la demanda para
los servicios convergentes se ha recurrido
a arquitecturas de red en las cuales se extiende la cobertura, un ejemplo claro es
Redes de Ingeniería
GPON.
Fig. 2. Evolución de redes de acceso de banda ancha [1].
En la Fig. 3 y 4 se muestra el rendimiento y
el retardo que posee la Red GPON, en donde
se generan las estadísticas de Rendimiento (Throuhput) y retardo (Delay) contra la
carga ofrecida en la red para paquetes. Se
observa que se presenta una mayor capacidad para realizar la transmisión de datos,
aumenta la eficacia de las redes GPON con
QoS de forma embebida garantizando los
acuerdos de servicio a cada usuario, en un
128% comparado con el 94% del modelo
usado actualmente en este caso ADSL. Así
mismo se reduce el retardo en el paquete
de subida por debajo de los 5ms permitiendo mantener la calidad a plena carga del
ONU [4].
2.2
Fig. 4. Retardo de la red [4].
Clasificación de las redes PON
La red PON tiene sus inicios en la década de
los 90, se vio como una solución para ofrecer acceso de fibra óptica a los usuarios por
su funcionalidad de punto a multipunto, tiene como característica que no requiere de
dispositivos electrónicos u opto-eléctrico
activos para la conexión entre el abonado y
el operador; esto permite una menor inversión y gastos de mantenimiento considerablemente menores. Esta nueva arquitectura
es una evolución de menor costo a alternativas tradicionales como las redes punto a
punto o las redes conmutadas, puesto que
reducen el equipamiento necesario para la
conversión. Con la invención de nuevas técnicas de transmisión de datos y el furor en
el cual se encontraba la red PON, se empezó a establecer nuevas clases de esta red el
cual se mencionan en la tabla 1 [5]:
Tabla 1. Comparación GPON BPON EPON [5].
Fig. 3. Rendimiento de la red [4].
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez/Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
88
2.3
Redes de Ingeniería
Una red óptica pasiva está formada básicamente por:
• Un módulo OLT (Unidad Óptica Terminal de Línea) que se encuentra en el
nodo central [9].
• Uno o varios divisores ópticos (splitter)
que sirven para ramificar la red de fibra
óptica [9].
• Tantas ONUs (Unidad Óptica de Usuario) como viviendas [8].
Siguiendo estas clases, muchos fabricantes
de equipos empezaron a brindar soluciones rápidas y confiables para el mercado.
Los estándares fueron aprobados en 20032004 por ITU-T en las recomendaciones
G.984, G.984.4 y G.984.5, lo cual hace que
todos los desarrolladores deban cumplir
para garantizar la interoperabilidad [6].
La idea básica de la red GPON es conectar
una cantidad de usuarios a la oficina central CO a través de una fibra, que se puede
dividir, lo más cerca posible de los usuarios
finales, en líneas separadas, las cuales cada
una conecta un equipo de abonado. Estas
redes constan de un elemento activo OLT
(Terminalde línea Óptica) ubicado generalmente en el operador, un elemento pasivo
ONU (Unidad Ópticade redes) y un elemento de distribución ODN (Distribuciónde red
Óptica) así como se muestran en la Fig. 5,
que corresponde al diagrama general de
una red basada en redes ópticas [7].
Fig. 5. Diagrama general red GPON [7].
89
Componentes de Red GPON
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
La transmisión se realiza entre la OLT y la
ONU. GPON trabaja compartiendo la capacidad entre las ONU de los usuarios, para
lo que necesita utilizar dos frecuencias, una
para el canal ascendente y otra para el descendente [9].
La OLT consta de varios puertos de línea
GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT.
Aunque depende del suministrador, existen
sistemas que pueden alojar hasta 7.168
ONTs en el mismo espacio que un DSLAM.
En las arquitecturas FTTN las ONT son sustituidas por MDU (Multi-Dwelling Units),
que ofrecen habitualmente VDSL2 hasta
las casas de los abonados, reutilizando así
el par de cobre instalado pero, a su vez,
consiguiendo las cortas distancias necesarias para conseguir velocidades simétricas
de hasta 100 Mbps por abonado [10].
Para conectar la OLT con la ONT, se emplea
un cable para transportar una longitud de
onda Downstream. Mediante un pequeño
divisor pasivo que divide la señal de luz que
tiene a su entrada en varias salidas, el tráfico Downstream originado en la OLT puede ser distribuido [30]. Puede haber una
serie de divisores pasivos 1xn (donde n =
2, 4, 8, 16, 32, o 64) con distintos emplazamientos hasta alcanzar los clientes. Esto es
una arquitectura punto a multipunto [11].
Los datos Upstream desde la ONT hasta la
OLT (que son distribuidos en una longitud
de onda distinta para evitar colisiones en
la transmisión Downstream) son agrega-
Esto permite que el tráfico sea recolectado
desde la OLT sobre la misma fibra óptica
que envía el tráfico Downstream [13]. Partiendo desde la oficina central se conecta
por medio de una fibra monomodo hacia un
Splitter cercano a los usuarios finales. Es en
este punto donde se realiza la división de la
fibra en N rutas a los suscriptores como se
muestra en la Fig. 6 [14].
2.4
Fig. 6. Diagrama general red GPON [28].
Características de una Red GPON
La red GPON tiene muchas ventajas sobre
otro tipo de redes que utilizan fibra óptica
los cuales son:
• Su rango de alcance es de cerca de 20
Km (aunque bajo el estándar se puede
llegar a 60Km) entre el proveedor y el
cliente final [15].
• Se reduce la cantidad de tendido de fibra, tanto entre las distancias distribuidoras como entre los circuitos de llegada al cliente [15].
• Se manejan elevados niveles de ancho
de banda para sus servicios.
También se conservan respecto a sus tec-
nologías predecesoras, tal como BPON y las
antes mencionadas, por tener una capa de
transmisión completamente nueva; la red
de acceso es la parte más interesante que
se puede manejar porque se obtiene una
comunicación más rápida y eficiente entre
el operador y el usuario. El cliente obtiene
acceso a su información con una mayor rapidez, mejorando la calidad del servicio debido a la inmunidad que presenta frente a
ruidos electromagnéticos [16].
Utiliza un método de encapsulamiento denominado GEM, el cual permite soportar
cualquier tipo de servicio como Ethernet,
TDM, ATM. GEM es un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125 milisegundos, este se basa en
el estándar GEP (GenéricoProcedimientoEnmarcados) con modificaciones menores
para ser utilizada sobre redes PON [17].
Define un estándar de tasas de transmisión
de Upstream y Downstream, dependiendo
de la dirección del tráfico (ver tabla 2).
Redes de Ingeniería
dos por la misma unidad divisora pasiva,
que hace las funciones de combinador en la
otra dirección del tráfico [12].
Tabla 2. Tasas de transmisión GPON [18].
Dirección de Transmisión
Upstream
Downstream
Rata Bits
155.52 Mbit/s
622.08 Mbit/s
1244.16 Mbit/s
2488.32 Mbit/s
1244.16 Mbit/s
2488.32 Mbit/s
El funcionamiento de la trama Downstream
es en modo broadcast, lo cual permite que
la información llegue a todos los elementos
de la red, como la información llega a todos
los usuarios es necesario utilizar un sistema de encriptamiento para mantener la
privacidad de las comunicaciones. La OLT
envía el tráfico donde cada ONT verifica la
dirección en el encabezado de los frames;
debido a que las ONTs reciben todo el tráfico, la OLT determina y le notifica a las ONTs
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez /Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
90
Redes de Ingeniería
nal de transmisión, en este caso la misma
longitud de onda, sea compartido por varios usuarios. De este modo GPON ofrece
mayor ancho de banda que sus tecnologías
predecesoras, es mucho más eficiente y
permite a los operadores continuar ofreciendo sus servicios tradicionales como
Voz basada en TDM, líneas alquiladas sin
tener que cambiar equipos instalados en
las dependencias del cliente [21].
los Time Slots para el envío de los datos,
como se observa en la Figura 7 [19.
Fig. 7. Transmisión downstream red GPON [20].
La trama Downstream consiste de un bloque de control físico PCB (bloque decontrolfísico) y la partición GEM. Provee una
referencia común de tiempo para el PON y
un control de señalización común para el
Upstream. La duración de la trama GPON
es de 125μs para ambas tasas de datos. La
longitud del PCB es la misma para ambos
y depende de la velocidad y del número de
estructuras de asignación por trama. Si no
hay datos para el envío, la trama es transmitida y utilizada por el tiempo de sincronización. En la Fig. 8 se muestra la trama
Downstream [20].
Fig. 8. Formato trama downstream [20].
En modo Upstream, la transmisión es realizada utilizando un protocolo de acceso
múltiple TDMA, en donde cada elemento
tiene un periodo de tiempo específico para
transmitir, permitiendo que un mismo ca91
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
Fig. 9. Transmisión upstream [21].
En la Fig. 9, el trafico Upstream utiliza
TDMA, bajo el control sobre la OLT situado
en la CO, el cual asigna un time Slot para
cada ONU y sincroniza la transmisión de las
ráfagas de datos. La longitud de la trama es
la misma, como en Downstream, para todas
las tasas de transmisión. Cada trama contiene un número de transmisiones desde
uno o más ONUs. Durante cada asignación
de período de acuerdo con el control de la
OLT, la ONU puede enviar desde 1 hasta 4
overhead PON y datos de usuario [22]. En
la Fig. 10, se muestra el formato del frame
Uptream.
2.5
Capacidad de utilización del Canal
de una Red GPON
En una red GPON, se asigna una longitud de
onda para el tráfico de datos (Internet, VoIP,
IPTV, etc.) downstream (1.490 nm) y otra
para el tráfico upstream (1.310 nm). Además, a través del uso de WDM (Multiplexa-
Las longitudes de onda están relacionadas
con el Upstream y el Downstream 1310nm
y 1490nm respectivamente, para video RF
1550nm. El número de rutas o caminos
puede variar desde 2 hasta 64 desde el
Splitter de modo único hasta cada usuario
[7].
A continuación se hace mención de las
ecuaciones que se utilizan para el cálculo de la capacidad de utilización del canal;
donde uno de los principales factores que
determina la utilización de esta tecnología
es la capacidad que tiene para transportar
datos útiles al usuario final contra los datos
que son utilizados para la señalización, y
encabezados de las tramas utilizadas en el
protocolo de transporte [28].
Para una red de acceso basada en GPON la
utilización del canal en downstream está
dada por la Ec. 1 [28]:
lErp
NONU $ t f
EE
;t f $ RGnl - lGfo - la $ ;
lGEMfo + lErp
tct
tGd =
t f $ RGnl
(1)
En donde la longitud de la trama es la misma en Downstream como en Upstream,
para todas las tasas de transmisión. Cada
trama contiene un número de envíos desde
uno o más ONUs. Durante cada asignación
de período de acuerdo con el control de la
OLT, la ONU puede enviar desde 1 hasta 4
overhead PON y datos de usuario [28].
Redes de Ingeniería
cion por División de Longitud de Onda), se
asigna una tercera longitud de onda (1.550
nm) que está dedicada para el broadcast de
vídeo RF (analógico, digital, HDTV, y vídeo
de baja demanda). De este modo, el vídeo/
TV puede ser ofrecido mediante dos métodos distintos simultáneamente: RF (radio
frecuencia) e IPTV. Mediante RF las operadoras de cable pueden hacer una migración
gradual hacia IPTV. En este caso, las ONT
dispondrán de una salida para vídeo RF
coaxial que irá conectada al STB tradicional [24]. Con IPTV la señal de vídeo, que es
transformada por la cabecera en una cadena de datos IP se transmite sobre el mismo
enlace IP como datos para acceso a Internet
de banda ancha. El STB conectado mediante Gigabit Ethernet al ONT, convertirá de
nuevo la cadena de datos en una señal de
vídeo. Mediante IPTV y GPON los equipos
incorporan capacidades de QoS y multicast
IP avanzadas, los operadores puede ofrecer
varios canales de alta calidad de imagen y
sonido, incluidos HDTV, así como proporcionar servicios interactivos y personalizados, lo cual no es factible con vídeo RF [25].
La utilización del canal en Upstream está
dada por la Ec. 2:
lErp
NONU $ t f ^
E l plou + ldbruhE
;t f $ RGnl - ;
lGEMfo + lErp
tct
tGu =
t f $ RGnl
lErp Longitud de carga útil Ethernet
(2)
lGEMfo Longitud del encabezado de tramas
GEM para la carga útil Ethernet.
lGfo Longitud del encabezado de la trama
downstream GPON.
la Longitud del encabezado de asignación
de upstream.
RGnl Bit rate nominal de GPON.
t f Duración de la trama downstream GPON.
tct Tiempo de ciclo.
l plou Tamaño del encabezado de la capa física en upstream.
ldbru Tamaño promedio del campo DBRu en
upstream.
Una característica determinante para las
soluciones GPON es la eficiencia, este proporciona el ancho de banda, puede ser utilizado por los diferentes servicios a través
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez /Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
92
Redes de Ingeniería
del sistema. Una red 100% eficiente puede
proveer anchos de banda hasta de 1.25Gbps
efectivos si no se tienen en cuenta los encabezados utilizados por el protocolo de
transporte, si estos encabezados llegan al
50% como es el caso de la tecnología EPON
el ancho de banda efectivo que se puede entregar al usuario final es de 622Mbps [29].
2.6
Ancho de Banda de la Red GPON
Debido a la arquitectura de las redes de acceso GPON en Upstream el desempeño, en
términos de retraso, y el throughput dependen en gran medida de la función de asignación de ancho de banda DBA (Asignación
deancho de bandadinámico) y la relación
con el control de acceso al medio MAC (Mediosde controlde acceso) los cuales se realizan exclusivamente en la OLT [30].
La asignación dinámica se realiza utilizando los mensajes de mapeo para el ancho
de banda BWMAP (Asignación deancho
de banda) el cual se construye con la asignación dinámica de cada una de las ONT,
información implícita en los contenedores
de transmisión T-CONT. Cada asignación es
un mensaje para la ONT con el fin de que se
transmita en un periodo de tiempo determinado. La ONU solicita una capacidad de
transporte, enviando la longitud de la cola
almacenada en el buffer y basado en esta
información la OLT asigna un periodo de
tiempo determinado. El esquema de asignación tiene un alto impacto en la eficiencia
de la red y del retardo debido a la frecuencia de envío de datos [30].
La asignación estática se realiza utilizando en esquema de multiplex acción por
división de tiempo TDM, en donde a cada
ONT se le define un ancho de banda fijo
bien sea que se utilice o no, este desperdicio de recursos hace que la red sea ineficiente, aunque es ideal para servicios que
requieren una transmisión constante de
datos tal como VoIP [31].
93
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
2.7
Protocolo de transporte
La red GPON puede utilizar los siguientes
protocolos de transporte:
ATM: Es utilizado por las versiones anteriores como APON y BPON por lo que no
aporta mucho [32].
MPLS: También se encuentra soportado
dentro de la tecnología [32].
GEM: (GPON Método de Encapsulación) se
trata de un nuevo protocolo definido únicamente para utilizarse en GPON [32].
Como se había dicho anteriormente, la ventaja de utilizar el protocolo GEM es que soporta cualquier tipo de servicio (Ethernet,
TDM, ATM, etc.) es un protocolo de transporte síncrono basado en tramas cada 125
microsegundos. Se basa en el estándar GFP
(Procedimiento de entramado genérico)
del ITU-T G.7041 con algunas modificaciones para las tecnologías PON. Soporta
transporte de voz, video y datos sin tener
que añadir ningún nivel de encapsulamiento adicional. En la Fig. 11 se observa la pila
de protocolos.
Fig. 11. Pila de Protocolos para una red GPON [32].
3. RED GPON VS OTRAS TECNOLOGÍAS
3.1
ADSL de Segunda Generación Vs
Red GPON
ADSL es una de las arquitecturas más comunes en el mundo para la conexión de
Internet. Sin embargo, las redes de nueva
generación basadas en fibra y en especial
GPON, han acaparado la atención de los
operadores, medios de comunicación y
usuario por su velocidad de transmisión de
datos y demás características como se ob-
DISTANCIA
ANCHO DE
BANDA
VELOCIDAD
QOS
Tabla 3. Ventajas de Red GPON Sobre ADSL 2 Generación
[33].
GPON
ADSl2
GPON facilita herramientas y los servicio de QoS el
cual es robusto
Asigna prioridades de ancho de banda y latencia
a las aplicaciones según
su funcionalidad, lo cual
supone un salto cualitativo a la hora de trabajar
con aplicaciones que demandan de servicios en
tiempo real como videoconferencia
Las velocidades de transmisión desde 155Mbps,
1.25 Gbps o 2.5 Gbps.
1.544 a 6.1 Mbps Bajada.
16 a 640 Kbps Subida
Simétrico/Asimétrico
hasta 2,5 Gb/s según norma UIT-T. Según acordó 20 Mbps en sentido deFSAN e implementan gen- scendente 1 Mbps en seneralmente los fabricantes: tido ascendente
2,5 Gbps downstream y
1,2 Gb/s upstream
20 Km a 60 Km (Fig 11)
3000 Metros
Al analizar la tabla 3 se observa que GPON
es superior a ADSL porque garantiza un
número de usuarios por nodo de acceso
mucho mayor (por ser atractivo en ancho
de banda), mayores distancias hasta el abonado reduciendo el número de centrales y
permitiendo que todos los usuarios tengan
acceso a todos los servicios, distribución
basada en punto a multipunto reduciendo
el tendido de cables, reducción de costos en
mantenimiento, infraestructura de acceso
totalmente pasiva reduciendo la alimentación y puntos de fallos, etc [33].
En la Fig. 12 se observa la comparación entre distancia vs Velocidad transmisión con
las diferentes arquitecturas que soportan
y entregaran de manera eficiente, sin pérdida alguna los servicio como: IPTV, TDM,
VOD. Este estudio se realizó en telefónica.
Al analizar los resultados de dicha comparación se concluye que GPON se mantiene constante en la transmisión de los
datos mientras que ADSL pierde la consistencia en determinada distancia. A raíz de
varios estudios de esta misma índole, se ha
comenzado la migración de ADSL a GPON
[33].
Redes de Ingeniería
serva en la tabla 3:
Fig. 12. Comparación estadística tecnología entre GPON
y xDSL [34].
En la Fig. 13 se observa la diferencia a nivel
de distancia soportada por xDSL y GPON:
3.2
Fig. 13. Alcance red GPON vs ADSL [34].
GPON Vs SDH
El principal objetivo en la definición de
SDH (jerarquía digital síncrona) es la adopción de una norma mundial que posibilite
una compatibilidad máxima entre diferentes suministradores y operadoras. Este estándar especifica velocidades de transmisión, formato de las señales (tramas de 125
microsegundos), estructura de multiplexación, codificación de línea, parámetros ópticos, etc; así como normas de funcionamien-
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez /Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
94
Redes de Ingeniería
to de los equipos y de gestión de red. Por
otro lado, SDH dota a la red de una mayor
flexibilidad, un mejor aprovechamiento del
ancho de banda potencial de la fibra óptica,
y mayor capacidad de monitorización de la
calidad y gestión centralizada [35].
La desventaja que presenta utilizar SDH
en el transporte de la información, comparado con Red GPON, es la limitación de
tecnología al tratar de soportar velocidades
de 10Gbps a 40Gps (o superiores). Esto es
debido a que por debajo de los 10 Gbps las
características de la fibra óptica monomodo convencional (o G.652) tienen un impacto relativamente bajo sobre la calidad de
la transmisión; pero por encima de los 10
Gbps, sus efectos deben ser tenidos muy en
cuenta [35]. Por otro lado, SDH sólo utiliza
la fibra óptica como medio de transmisión
y toda su funcionalidad (amplificación, reencaminamiento, etc.) las implementa en el
dominio eléctrico; es decir, mediante SDH
no será posible conseguir redes totalmente
ópticas [35].
En la tabla 4 se hace un cuadro, donde se
evidencia que el uso de GPON facilita el
transporte de información [35].
Tabla 4. Características Red GPON y Red SDH [35].
GPON
CARACTERISTICAS
•
•
•
SDH
Su rango de alcance •
es de 20Km
Bajo el estándar se
puede llegar a 60Km
entre el proveedor y
el cliente final.
Reduce la cantidad
de fibra entre las
distancias
distri- •
buidoras y en los
circuitos de llegada
del cliente
•
Capaz de combinar
transporte y aplicaciones de datos en una
forma única con el
apoyo de operaciones
de punto a punto, servicios multipunto, multiplexación de servicios.
Posee dos modelos uno
basado en un paquete
puro
infraestructura
de MPLS y otro basado
en un modelo de transmisión Sonet SDH de la
nueva generación con
realces para el apoyo de
servicios de datos.
Velocidad de transferencia muy altos.
4. AVANCE DE LAS REDES GPON EN COLOMBIA
Durante los últimos años, el país ha crecido
95
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
en materia de acceso a los servicios de telecomunicaciones de última generación, incluido servicios de voz, datos y video. En la
Fig. 14 se observa el crecimiento en los últimos años de los suscriptores de Internet
dedicado frente al número de municipios
que ofrecen este servicio (Internet) [34].
Fig. 14. Crecimiento de Suscriptores Vs Municipios [36].
En atención a lo anterior, es necesario implementar una red capaz de satisfacer las
necesidades de los abonados (los cuales van
aumentando) y que a su vez pueda proveer
de manera eficiente los servicios que van a
la vanguardia de la tecnología (IPTV, VoIp,
etc); esta perfectamente podría ser GPON.
En el contenido del artículo, previamente
se hizo mención a las características de la
reducción del costo al momento de hacer
migración de cualquier tecnología a GPON,
como se observa en la Fig. 15, esta característica es bastante atractiva porque en
Colombia la gran mayoría de abonados utilizan ADSL para el acceso a Internet [36]:
Fig. 15. Distribución total de conexiones por tecnologías
(miles de conexiones) [36].
De la anterior figura se puede apreciar que
las conexiones ADSL experimentaron un
crecimiento del 3.7% en el último semestre
Por esta razón, Colombia al estar a la vanguardia de la tecnología a fin de ofrecer
mayores velocidades a los abonados, está
llevando a cabo, por medio de licitaciones, proyectos para extender la fibra óptica a 700 municipios y se está evaluando
si GPON sería la tecnología adecuada para
llevar servicios de alta velocidad hasta los
usuarios finales.
Como se observa en la tabla 5, la Comisión
de Regulación de Comunicaciones, resolución 3067 de 2011, destaca los valores mínimos de velocidad desde el punto de vista
de transporte de información, esto conlleva
a que las Redes GPON cumplen con la disposición regulatoria de Colombia para su
debida implementación [36] y para el soporte de servicios de valor agregado como
Televisión.
Tabla 5. Requisitos mínimos de velocidad en Colombia
[36].
Sentido de la conexión
Velocidad Efectiva Mínima
ISP hacia usuario o
"Downstream"
1024 Kbps
Usuario hacia ISP
o "Upstream"
512 Kbps
En Colombia el principal proveedor de
GPON es Telefónica Telecom el cual incluye
servicios de acceso a Internet de alta velocidad (GPON) entre los que se encuentran
telefonía IP (ToIP) y televisión a través de
la rede de datos (IPTV). Con la implementación de esta nueva tecnología de fibra se
han hecho pruebas no documentadas en las
cuales la descarga de archivos de un tamaño de 50 megabytes (MB) dura menos de
10 segundos.
En cuanto al uso de IPTV en Colombia, se
está desarrollando a través de las Empresas Públicas de Medellín, a través de
su filial UNE-EPM Telecomunicaciones.
Este nuevo servicio se puso en operación
en julio de 2008. De esta manera, UNE se
consolida como la primera compañía en
Colombia y cuarta en Latinoamérica en ofrecer el servicio de IPTV soportado en un
70% sobre estructuras GPON. La inversión
para el primer año ascendió a 110 millones
de dólares en tecnología, y permite prestar
el servicio en una etapa inicial en la ciudad
de Medellín y sus alrededores, así como en
Bogotá a través de su filial EPM Bogotá, responsable del desarrollo del mercado más
competido y de mayor potencial del país.
Hasta el 2008, la empresa solo tenía un radio de alcance de 1.5 km desde cada central
y la inversión mencionada posibilita cobertura en un 90% de los hogares [30].
Redes de Ingeniería
del 2010.
UNE EPM Telecomunicaciones S.A. E.S.P,
proporciona a clientes "especiales"
(hablando a nivel de cobertura), el servicio
de IPTV HD (definición alta), el cual viene
con varios servicios adicionales como pausa en vivo, enciclopedia, películas, juegos,
etc. La conexión se realiza por medio de
un CPE (módem de 4 puertos), un decodificador por cada televisor y un control que
permite la interactividad, soportado sobre parámetros de relación señal a ruidos
mayor a 13 dB y baja atenuación (menos
de 40db) soportada tanto por xDSL y GPON
[25].
Es importante mencionar que en los últimos años el mercado de banda ancha en
nuestro país ha tenido bastante impulso
por parte de los diferentes operadores de
servicios de telecomunicaciones así como
del Gobierno el cual se encuentra interesado en posicionar a Colombia como uno
de los primeros países en Latino América
en migrar a la nueva tecnología GPON. En
la Fig. 16 se observa la tendencia del mercado en banda ancha en el país dentro de
los rangos de los años 2006 y 2010 además
de esto, se observa el comportamiento de
internet el cual está llegando a su cúspide
debido a la falta de exploración de servicios
y tecnologías que existen en el mercado, en
cada año se observa la creciente conexión
con ADSL hasta en diciembre de 2010, el
cual se aprecia una leve disminución en la
conexión [17], esto gracias a la aparición de
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez /Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
96
Redes de Ingeniería
nuevas tecnologías.
Fig. 16. Tendencia de mercado de conexión a Internet
[18].
A nivel de medición con respecto al uso de
banda ancha, Colombia se encuentra en 10°
lugar a nivel mundial, como se observa en
la Fig. 17, por la implementación de tecnologías como redes GPON [36]
Encontrar la tecnología correcta para cubrir la última milla de cualquier red siempre ha sido un desafío para las empresas
operadoras. Hallar una solución óptima
puede ser un proceso complejo con numerosos factores interviniendo y que deben ser
tomados en cuenta.
5. CONCLUSION
En el constante desarrollo de nuevas tecnologías que permitan obtener un acceso
más rápido y brinden una mejor calidad de
servicio al usuario final ha aparecido GPON,
el cual permite una conexión a servicios de
voz, video y datos de una forma más rápida
y eficiente eliminando todos los componentes activos existentes entre el proveedor de
servicios de telecomunicaciones y el cliente, introduciendo en su lugar elementos ópticos pasivos para encaminar el tráfico por
la red; por lo tanto la utilización de estos
sistemas pasivos, cuyo elemento principal
es el dispositivo divisor óptico como es el
Splitter reduce considerablemente los costos de instalación y mantenimiento.
En Colombia se ha ido migrando a este modelo de Red el cual se espera en un tiempo
no muy lejano cubra sitios remotos donde
es costoso la implementación de redes de
cobre.
Fig. 17. Posición de mercado de banda ancha en Colombia [18].
La infraestructura de la red GPON es más
robusta y posee mayor capacidad para el
transporte de grandes volúmenes de información debido al ancho de banda ofrecido.
Referencias Bibliográficas
[1]
[2]
[3]
97
S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser
Assisted Microtechnology, 2nd ed.,R.
M. Osgood, Jr., Ed. Berlin, Germany:
Springer-Verlag, 1998.
A. S. Tanenbaum, Redes de Computadoras, Editorial Prentice Hall, Tercera
edición, 1997.
S. C. Grady, The book on FTTX From
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
[4]
[5]
Design To Deployment: A Practical
Guide To FTTX Infrastructure, ADC .
Telecommunications INC, 2005.
ITU-T “Gigabit-capable Passive Optical Network (GPON): General characteristics”, ITU-T Recommendation
G.984.1, Marzo 2003.
Sheffer Amir, “Lightwave - Dynamic
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
A. Vukovic, K. Maamoun, H. Hua, M.
Savoie “Performance Characterization
of PON Technologies Communications Research Centre (CRC), Ottawa,
ON, Canada, 2009.
J. Angelopoulos, Helen-C. Leligou,
T. Argyriou. S. Zontos “Prioritized
Multiplexing of Traffic Accessing an
FSAN-Compliant GPON” National
Technical University of Athens, 2004.
G. P. Sotiropoulos, D. K. Styliaras, E.
A. Kosmatos, C. A. Papagianni, N. D.
Tselikas and I. S. Venieris “Triple Play
Service Simulation and Packet Scheduling Performance Evaluation”. Intelligent Communications and Broadband Networks Laboratory School
of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of
Athens 2006.
G. Santos-Boada, J. Domingo-Pascual
“Quality of Service in Multioperator
GPON Access Networks with TriplePlay Services” World Academy Of
Science, Engineering And Technology
Volume 18 December 2006.
Alcatel White Paper. “GPON versus
EPON”,[en línea]. Consultado en Enero 13 de 2011, disponible en: www.
alcatel.com. 2005.
L. Rujian “Next Generation PON in
Emerging Networks” R&D Center of
Modern Comm. Eng., Shanghai University, 2008.
Y. Mochida, “Technologies for Local- Access Fibering”,IEEE Commun.
Mag., vol. 32 , pp. 64-73 (1994).
Westnet, Pty, “EPON vs. GPON A
Comparative Study”,
November
2004.
M. Lattanzi, A.Graf, “Redes FTTx
Conceptos y Aplicaciones “IEEE Comunication Society”, Canada, 2008
T. Orphanoudakis1, H.C. Leligou,
E. Kosmatos and J.D. Angelopoulos
Performance evaluation of GPON vs
EPON for multi-service access” International Journal of Communications
Systems. October 2008.
O. Haran, A. Sheffer “The Importan-
Impacto y masificación del uso de las redes GPON en Colombia frente a otras tecnologías
Viviana S. Gutierrez /Diana M. Espinosa/Cesar A. Hernández
Redes de Ingeniería
[6]
bandwidth allocation sets GPONs
apart” PMC Sierra January 2008.
IEEE 802.3 Grupo de estudio EFM
“Ethernet PON (EPON), 2008.
“Introduction to Optical Transmission
in a Communications Network”, The
International Engineering Consortium, New york, 2007.
S. Zhang, C. Zhu, J. K. O. Sin, and P.
K. T. Mok, “A novel ultrathinelevated channel low-temperature poly-Si
TFT,” IEEE Electron Device Lett.,
vol. 20, pp. 569–571, Nov. 1999.
A. Takada, Jin Hun Park, “Architecture of Ultrafast Optical Packet Switching Ring Network”, Oflightwave
Technology, Vol. 20, No. 12, Diciembre 2002.
F. Callegati, W. Cerroni, G. Corazza,
C. Raffaelli, “MPLS over Optical packet Switching, 2007
“Deploying Optical Ethernet”, Nortel
Networks, 2007.
D. Awduche, A. Chiu, A. Elwalid, I.
Widjaja, X. Xiao, “RFC 3272, Vision
y Principios de la ingenieria de Trafico
en Internet”.
J.Hecht, “Short history of fiber optics”, Boston December 2006.
]R. swami, “Optical fiber Communication From Transmission To Networking”, IEEE Communications
Magazine • 50th Anniversary Commemorative Issue/May 2002.
ITU-T Estándar G.984.4 “ Gigabit capable passive optical networks
(GPON): ONT management and control interface specification” 2005.
ITU-T, PON-Standards,[en línea].
Consultado en Marzo 18 de 2011, disponible en: www.itu.int.
H. Herrera, Tecnologías y redes de
transmisión de datos, editorial Editores, 2006.
[en línea]. Consultado en Marzo 18
de 2011, disponible en: http://www.
aciem.org
From FTTH pilot to pre-rollout in
France”, France Telecom presentation,
26 June 2007.
98
Redes de Ingeniería
99
[31]
[32]
[33]
ce of Dynamic BandwidthAllocation
in GPON Networks” PMC Sierra Inc,
January 2008
A. Sheffer, “Lightwave - Dynamic
bandwidth allocation sets GPONs
apart” PMC Sierra, January 2008
O. Kawata, I. Sankawa, K. Okada
“Access Network Evolution Scenario
and Key Technological Concepts for
the Broadband Network” NTT Access
Network Systems Laboratories. 1997.
I. Cale, A. Salihovic, M. Ivekovic
“Gigabit Passive Optical Network –
GPON” Int Conference of Information
Technology Interfaces June 2007 University of Zagreb, Croatia.
Vol. 2 │ No. 1 │ Enero - Junio 2011
[34]
[35]
[36]
[37]
CISCO Systems, Inc White Paper “Fiber to the Home Architectures” 2007.
A. Naveh, Broadligth, Flexlight Networks “Comparing Gigabit PON Technologies ITU-T G984 GPON vs
IEEE 802.3ah EPON” 2006
[en línea]. Consultado en Marzo 13
de 2011, disponible en: http://www.
crcom.gov.co/
Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specification, IEEE Std. 802.11, 1997.